课程设计论文-基于单片机的简易计时器设计

课程设计论文-基于单片机的简易计时器设计内容摘要：

ms,就可以实现自动上电复位。 除了上电复位外，有时还需要按键手动复位。 本设计就是用的按键手动复位。 按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种。 其中电平复位是通过 RST(9)端与电源 Vcc接通而实现的。 按键手动复位电路见图 4。 时钟频率用 时 C 取 10uF,R取 10kΩ。 R110kC110uFS4V C C9 图 STC89C51复位电路 （ 3） STC89C51 中断技术概述 中断技术主要用于实时监测与控制，要求单片机能及时地响应中断请求源提出的服务请求，并作出快速响应、及时处理。 这是由片内的中断系统来实现的。 当中断请求源发出中断请求时，如果中断请求被允许，单片机暂时中止当前正在执行的主程序，转到中断服务处理程序处理中断服务请求。 中断服务处理程序处理完中断服务请求后，再回到原来被中止的程序之处（断点），继续执行被中断的主程序。 图 5 为整个中断响应和处理过程。 图 中断响应和处理过程 南华大学电气工程学院课程设计 第 7 页 共 21 页 如果单片机没有中断系统，单片机的大量时间可能会浪费在查询是否有服务请求发生的定时查询操作上。 采用中断技术完全消除了单片机在查询方式中的等待现象，大大地提高了单片机的工作效率和实时性。 数码管介绍 四位一体数码管概述 LED 数码管（ LED Segment Displays）是由多个发光二极管封装在一起组成“8”字型的器件，引线已在内部连接完成，只需引出它们的各个笔划，公共电极。 数码管分为动态显示和静态显示驱动两种， 静态驱动也称直流 驱动。 静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个 单片机 的 I/O 端口进行驱动，或者使用如BCD 码二 十进制译码器译码进行驱动。 静态驱动的优点是编程简单，显示亮度高，缺点是占用 I/O 端口多，如驱动 5 个数码管静态显示则需要 58=40 根 I/O端口来驱动， 而 一个 STC89C51 的 I/O 端口 只有 32 个，实际应用时必须增加译码驱动器进行驱动，增加了硬件电路的复杂性。 数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的 8 个显示笔划 a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端连在一起，另外为 每个数码管的公共极 COM 增加位选通控制电路，位选通由各自独立的 I/O 线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通 COM 端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。 通过分时轮流控制各个数码管的的 COM 端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。 在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为 1～ 2ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的 余辉 效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要 扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的 I/O 端口，而且 功耗更低。 四位一体数码管引脚图 光阳数码管共阳端为每一位的 led 阳极都接在一起。 引脚图如图 6； 南华大学电气工程学院课程设计 第 8 页 共 21 页 SEG11a2f3SEG24SEG35b6SEG47g8c91010dp11e12. . ..U?元件 _ 1 图 四位一体数码管引脚图 自锁开关电路中起到电源的开关作用，常开的其中一脚接 DC 电源插口电源脚，常开的另一脚接电路的 VCC 图 图 自锁开关硬件图 其实排阻就是由 8 个电阻组成的，其中一端全部接在一起， 103 为 8 个 10K 电阻， 102 为 8 个 1K 电阻，他们在电路中起到“上拉”的作用，又称上拉电阻。 上拉就是将不确定的信号通过一个电阻嵌位在高电平 ,电阻同时起限流作用 ,下拉同理 .上拉是对器件注入电流，下拉是输出电流 ,弱强只是上拉电阻的阻值不同，没有什么严格区分 ,对于非集电极（或漏极）开路输出型电路（如普通门电路）提升电流和电压的能力是有限的，上拉电阻的功能 主要是为集电极开路输出型电路输出电流通道。 上拉，就是把电位拉高，比如拉到 ，就是把电压拉低，拉到 上电的时候，端口电压不稳定，为了让他稳定为高或低，就会用到上拉或下拉电阻。 有些芯片内部集成了上拉电阻（如单片机的 P 3口），所以外部就不用上拉电阻了。 但是有一些开漏的（如单片机的 P0口），外部必须加上拉电阻。 南华大学电气工程学院课程设计 第 9 页 共 21 页 图 排组上拉电阻原理图 常见的三极管为 901 S8550、 901 用就是开关作用。 其中 9012 与 8550 为 PNP 型三极管，可以通用 ,9013 与 8050 为 NPN型三极管，可以通用。 区别引脚：三极管向着自己，引脚从左到右分别为 ebc，原理图中有箭头的一端为 e，与电阻相连的为 b，另一个为 c。 箭头向里指为 PNP(9012 或 8550)，箭头向外指为 NPN（ 9013 或 8050）。 三极管的工作原理 :三极管是电流放大器件，有三个极，分别叫做集电极 C，基极 B，发射极 E。 分成 NPN 和 PNP 两种。 下面仅以 NPN 三极管的共发射极放大电路为例来说明一下三极管放大电路的基本原理。 （ 1）电流放大 下面的分析仅对于 NPN型硅三极管。 如上图所示，我们把从基极 B 流至发射极 E的电流叫做基极电流 Ib；把从集电极 C流至发射极 E的电流叫做集电极电流 Ic。 这两个电流的方向都是流出发射极的，所以发射极 E上就用了一个箭头来表示电流的方向。 三极管的放大作用就是：集电极电流受基极电流的控制（假设电源 能够提供给集电极足够大的电流的话），并且基极电流很小的变化，会引起集电极电流很大的变化，且变化满足一定的比例关系：集电极电流的变化量是基极电流变 化量的β倍，即电流变化被放大了β倍，所以我们把β叫做三极管的放大倍数（β 一般远大于 1，例如几十，几百）。 如果我们将一个变化的小信号加到基极跟发射 极之间，这就会引起基极电流 Ib 的变化， Ib 的变化被放大后，导致了 Ic 很大的变化。 如果集电极电流 Ic 是流过一个电阻 R 的，那么根据电压计算公式 U=R*I 可以算得，这电阻上电压就会发生很大的变化。 我们将这个电阻上的电压取出来，就得到了放大后的电压信号了。 南华大学电气工程学院课程设计 第 10 页 共 21 页 （ 2）偏置电路 三极管在实际的放大电路中使用时，还需要加合适的偏置电路。 这有几个原因。 首先是由于三极管 BE结的非线性（相当于一个二极管），基极电流必须在输入电压 大到一定程度后 才能产生（对于硅管，常取 ）。 当基极与发射极之间的电压小于 时，基极电流就可以认为是 0。 但实际中要放大的信号往往远比 要小，如果不加偏置的话，这么小的信号就不足以引起基极电流的改变（因为小于 时，基极电流都是 0）。 如果我们事先在三极管的基极上加上一 个合适的电流（叫做偏置电流，上图中那个电阻 Rb 就是用来提供这个电流的，所以它被叫做基极偏置电阻），那么当一个小信号跟这个偏置电流叠加在一起时，小 信号就会导致基极电流的变化，而基极电流的变化，就会被放大并在集电极上输出。 另一个原因就是输 出信号范围的要求，如果没有加偏置，那么只有对那些增加的 信号放大，而对减小的信号无效（因为没有偏置时集电极电流为 0，不能再减小了）。 而加上偏置，事先让集电极有一定的电流，当输入的基极电流变小时，集电极 电流就可以减小；当输入的基极电流增大时，集电极电流就增大。 这样减小的信号和增大的信号都可以被放大了。 （ 3）开关作用 下面说说三极管的饱和情况。 像上面那样的图，因为受到电阻 Rc 的限制（ Rc是固定值，那么最大电流为 U/Rc，其中 U 为电源电压），集电极电流是不能无限增加下去的。 当基极电流的增大，不能使集 电极电流继续增大 时，三极管就进入了饱和状态。 一般判断三极管是否饱和的准则是： Ib*β〉 Ic。 进入饱和状态之后，三极管的集电极跟发射极之间的电压将很小，可以理解为 一个开关闭合了。 这样我们就可以拿三极管来当作开关使用：当基极电流为 0时，三极管集电极电流为 0（这叫做三极管截止），相当于开关断开；当基极电流很 大，以至于三极管饱和时，相当于开关闭合。 如果三极管主要工作在截止和饱和状态，那么这样的三极管我们一般把它叫做开关管。 （ 4）工作状态 如果我们在上面这个图中，将电阻 Rc 换成一个灯泡，那么当基极电流 为 0 时，集电极电流为 0，灯泡灭。 如果基极电流比较大时（大于流过灯泡的电流除以三极管 的放大倍数 β），三极管就饱和，相当于开关闭合，灯泡就亮了。 由于控制电流只需要比灯泡电流的β分之一大一点就行了，所以就可以用一个小电流来控制一个大电流的通 断。 如果基极电流从 0 慢慢增加，那么灯泡的亮度也会随着增加（在三极管未南华大学电气工程学院课程设计 第 11 页 共 21 页 饱和之前）。 图 三极管引脚介绍 图 PNP型原理图 图 NPN型原 理图 按键介绍 单片机键盘有独立键盘和矩阵式键盘两种：独立键盘每一个 I/O 口上只接一个按键，按键的另一端接电源或接地（一般接地），这种接法程序比较简单且系统更加稳定；而矩阵式键盘式接法程序比较复杂，但是占用的 I/O 少。 根据本设计的需要这里选用了独立式键盘接法。 独立式键盘的实现方法是利用单片机 I/O口读取口的电平高低来判断是否有键按下。 将常开按键的一端接地，另一端接一个 I/O 口，程序开始时将此 I/O 口置于高电平，平时无键按下时 I/O 口保护高电平。 当有键按下时，此 I/O 口与地短。